source: trunk/source/processes/hadronic/models/high_energy/src/G4HEAntiKaonZeroInelastic.cc @ 962

Last change on this file since 962 was 962, checked in by garnier, 15 years ago

update processes
File size: 22.0 KB
Line 
1//
2// ********************************************************************
3// * License and Disclaimer                                           *
4// *                                                                  *
5// * The  Geant4 software  is  copyright of the Copyright Holders  of *
6// * the Geant4 Collaboration.  It is provided  under  the terms  and *
7// * conditions of the Geant4 Software License,  included in the file *
8// * LICENSE and available at  http://cern.ch/geant4/license .  These *
9// * include a list of copyright holders.                             *
10// *                                                                  *
11// * Neither the authors of this software system, nor their employing *
12// * institutes,nor the agencies providing financial support for this *
13// * work  make  any representation or  warranty, express or implied, *
14// * regarding  this  software system or assume any liability for its *
15// * use.  Please see the license in the file  LICENSE  and URL above *
16// * for the full disclaimer and the limitation of liability.         *
17// *                                                                  *
18// * This  code  implementation is the result of  the  scientific and *
19// * technical work of the GEANT4 collaboration.                      *
20// * By using,  copying,  modifying or  distributing the software (or *
21// * any work based  on the software)  you  agree  to acknowledge its *
22// * use  in  resulting  scientific  publications,  and indicate your *
23// * acceptance of all terms of the Geant4 Software license.          *
24// ********************************************************************
25//
26//
27// $Id: G4HEAntiKaonZeroInelastic.cc,v 1.15 2008/03/17 20:49:17 dennis Exp $
28// GEANT4 tag $Name: geant4-09-02-ref-02 $
29//
30//
31
32#include "globals.hh"
33#include "G4ios.hh"
34
35//
36// G4 Process: Gheisha High Energy Collision model.
37// This includes the high energy cascading model, the two-body-resonance model
38// and the low energy two-body model. Not included are the low energy stuff like
39// nuclear reactions, nuclear fission without any cascading and all processes for
40// particles at rest. 
41// First work done by J.L.Chuma and F.W.Jones, TRIUMF, June 96. 
42// H. Fesefeldt, RWTH-Aachen, 23-October-1996
43// Last modified: 29-July-1998
44 
45#include "G4HEAntiKaonZeroInelastic.hh"
46
47G4HadFinalState *  G4HEAntiKaonZeroInelastic::
48ApplyYourself( const G4HadProjectile &aTrack, G4Nucleus &targetNucleus )
49  {
50    G4HEVector * pv = new G4HEVector[MAXPART];
51    const G4HadProjectile *aParticle = &aTrack;
52//    G4DynamicParticle *originalTarget = targetNucleus.ReturnTargetParticle();
53    const G4double atomicWeight = targetNucleus.GetN();
54    const G4double atomicNumber = targetNucleus.GetZ();
55    G4HEVector incidentParticle(aParticle);
56
57    G4int    incidentCode          = incidentParticle.getCode();
58    G4double incidentMass          = incidentParticle.getMass();
59    G4double incidentTotalEnergy   = incidentParticle.getEnergy();
60    G4double incidentTotalMomentum = incidentParticle.getTotalMomentum();
61    G4double incidentKineticEnergy = incidentTotalEnergy - incidentMass;
62
63    if(incidentKineticEnergy < 1.)
64      { 
65        G4cout << "GHEAntiKaonZeroInelastic: incident energy < 1 GeV" << G4endl;
66      }
67    if(verboseLevel > 1)
68      {
69        G4cout << "G4HEAntiKaonZeroInelastic::ApplyYourself" << G4endl;
70        G4cout << "incident particle " << incidentParticle.getName()
71             << "mass "              << incidentMass
72             << "kinetic energy "    << incidentKineticEnergy
73             << G4endl;
74        G4cout << "target material with (A,Z) = (" 
75             << atomicWeight << "," << atomicNumber << ")" << G4endl;
76      }
77   
78    G4double inelasticity  = NuclearInelasticity(incidentKineticEnergy, 
79                                                 atomicWeight, atomicNumber);
80    if(verboseLevel > 1)
81        G4cout << "nuclear inelasticity = " << inelasticity << G4endl;
82   
83    incidentKineticEnergy -= inelasticity;
84   
85    G4double excitationEnergyGNP = 0.;
86    G4double excitationEnergyDTA = 0.; 
87
88    G4double excitation    = NuclearExcitation(incidentKineticEnergy,
89                                               atomicWeight, atomicNumber,
90                                               excitationEnergyGNP,
91                                               excitationEnergyDTA);
92    if(verboseLevel > 1)
93      G4cout << "nuclear excitation = " << excitation << excitationEnergyGNP
94           << excitationEnergyDTA << G4endl;             
95
96
97    incidentKineticEnergy -= excitation;
98    incidentTotalEnergy    = incidentKineticEnergy + incidentMass;
99    incidentTotalMomentum  = std::sqrt( (incidentTotalEnergy-incidentMass)                   
100                                  *(incidentTotalEnergy+incidentMass));
101
102
103    G4HEVector targetParticle;
104    if(G4UniformRand() < atomicNumber/atomicWeight)
105      { 
106        targetParticle.setDefinition("Proton");
107      }
108    else
109      { 
110        targetParticle.setDefinition("Neutron");
111      }
112
113    G4double targetMass         = targetParticle.getMass();
114    G4double centerOfMassEnergy = std::sqrt( incidentMass*incidentMass + targetMass*targetMass
115                                       + 2.0*targetMass*incidentTotalEnergy);
116    G4double availableEnergy    = centerOfMassEnergy - targetMass - incidentMass;
117
118                                                                // this was the meaning of inElastic in the
119                                                                // original Gheisha stand-alone version.
120//    G4bool   inElastic          = InElasticCrossSectionInFirstInt
121//                                    (availableEnergy, incidentCode, incidentTotalMomentum); 
122                                                                // by unknown reasons, it has been replaced
123                                                                // to the following code in Geant???
124    G4bool inElastic = true;
125//    if (G4UniformRand() < elasticCrossSection/totalCrossSection) inElastic = false;   
126
127    vecLength = 0;           
128       
129    if(verboseLevel > 1)
130      G4cout << "ApplyYourself: CallFirstIntInCascade for particle "
131           << incidentCode << G4endl;
132
133    G4bool successful = false; 
134   
135    if(inElastic || (!inElastic && atomicWeight < 1.5))
136      { 
137        FirstIntInCasAntiKaonZero(inElastic, availableEnergy, pv, vecLength,
138                                  incidentParticle, targetParticle );
139
140        if(verboseLevel > 1)
141           G4cout << "ApplyYourself::StrangeParticlePairProduction" << G4endl; 
142
143
144        if ((vecLength > 0) && (availableEnergy > 1.)) 
145                   StrangeParticlePairProduction( availableEnergy, centerOfMassEnergy,
146                                                  pv, vecLength,
147                                                  incidentParticle, targetParticle);
148            HighEnergyCascading( successful, pv, vecLength,
149                                 excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,
150                                 incidentParticle, targetParticle,
151                                 atomicWeight, atomicNumber);
152        if (!successful)
153            HighEnergyClusterProduction( successful, pv, vecLength,
154                                         excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,
155                                         incidentParticle, targetParticle,
156                                         atomicWeight, atomicNumber);
157        if (!successful) 
158            MediumEnergyCascading( successful, pv, vecLength, 
159                                   excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA, 
160                                   incidentParticle, targetParticle,
161                                   atomicWeight, atomicNumber);
162
163        if (!successful)
164            MediumEnergyClusterProduction( successful, pv, vecLength,
165                                           excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,       
166                                           incidentParticle, targetParticle,
167                                           atomicWeight, atomicNumber);
168        if (!successful)
169            QuasiElasticScattering( successful, pv, vecLength,
170                                    excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,
171                                    incidentParticle, targetParticle, 
172                                    atomicWeight, atomicNumber);
173      }
174    if (!successful)
175      { 
176            ElasticScattering( successful, pv, vecLength,
177                               incidentParticle,   
178                               atomicWeight, atomicNumber);
179      }
180
181    if (!successful)
182      { 
183        G4cout << "GHEInelasticInteraction::ApplyYourself fails to produce final state particles" << G4endl;
184      }
185      FillParticleChange(pv,  vecLength);
186      delete [] pv;
187      theParticleChange.SetStatusChange(stopAndKill);
188      return & theParticleChange;
189  }
190
191void
192G4HEAntiKaonZeroInelastic::FirstIntInCasAntiKaonZero( G4bool &inElastic,
193                                                      const G4double availableEnergy,
194                                                      G4HEVector pv[],
195                                                      G4int &vecLen,
196                                                      G4HEVector incidentParticle,
197                                                      G4HEVector targetParticle )
198
199// AntiKaon0 undergoes interaction with nucleon within a nucleus.  Check if it is
200// energetically possible to produce pions/kaons.  In not, assume nuclear excitation
201// occurs and input particle is degraded in energy. No other particles are produced.
202// If reaction is possible, find the correct number of pions/protons/neutrons
203// produced using an interpolation to multiplicity data.  Replace some pions or
204// protons/neutrons by kaons or strange baryons according to the average
205// multiplicity per inelastic reaction.
206
207 {
208   static const G4double expxu =  std::log(MAXFLOAT); // upper bound for arg. of exp
209   static const G4double expxl = -expxu;         // lower bound for arg. of exp
210
211   static const G4double protb = 0.7;
212   static const G4double neutb = 0.7;
213   static const G4double     c = 1.25;
214
215   static const G4int   numMul = 1200;
216   static const G4int   numSec = 60;
217
218   G4int              neutronCode = Neutron.getCode();
219   G4int               protonCode = Proton.getCode();
220   G4int            kaonMinusCode = KaonMinus.getCode();
221   G4int             kaonZeroCode = KaonZero.getCode();
222   G4int         antiKaonZeroCode = AntiKaonZero.getCode(); 
223
224   G4int               targetCode = targetParticle.getCode();
225//   G4double          incidentMass = incidentParticle.getMass();
226//   G4double        incidentEnergy = incidentParticle.getEnergy();
227   G4double incidentTotalMomentum = incidentParticle.getTotalMomentum();
228
229   static G4bool first = true;
230   static G4double protmul[numMul], protnorm[numSec];  // proton constants
231   static G4double neutmul[numMul], neutnorm[numSec];  // neutron constants
232
233//                                misc. local variables
234//                                np = number of pi+,  nm = number of pi-,  nz = number of pi0
235
236   G4int i, counter, nt, np, nm, nz;
237
238   if( first ) 
239     {                         // compute normalization constants, this will only be done once
240       first = false;
241       for( i=0; i<numMul; i++ )protmul[i]  = 0.0;
242       for( i=0; i<numSec; i++ )protnorm[i] = 0.0;
243       counter = -1;
244       for( np=0; np<(numSec/3); np++ ) 
245          {
246            for( nm=std::max(0,np-2); nm<=np; nm++ ) 
247               {
248                 for( nz=0; nz<numSec/3; nz++ ) 
249                    {
250                      if( ++counter < numMul ) 
251                        {
252                          nt = np+nm+nz;
253                          if( (nt>0) && (nt<=numSec) ) 
254                            {
255                              protmul[counter] =
256                                    pmltpc(np,nm,nz,nt,protb,c) ;
257                              protnorm[nt-1] += protmul[counter];
258                            }
259                        }
260                    }
261               }
262          }
263       for( i=0; i<numMul; i++ )neutmul[i]  = 0.0;
264       for( i=0; i<numSec; i++ )neutnorm[i] = 0.0;
265       counter = -1;
266       for( np=0; np<numSec/3; np++ ) 
267          {
268            for( nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+1); nm++ ) 
269               {
270                 for( nz=0; nz<numSec/3; nz++ ) 
271                    {
272                      if( ++counter < numMul ) 
273                        {
274                          nt = np+nm+nz;
275                          if( (nt>0) && (nt<=numSec) ) 
276                            {
277                               neutmul[counter] =
278                                      pmltpc(np,nm,nz,nt,neutb,c);
279                               neutnorm[nt-1] += neutmul[counter];
280                            }
281                        }
282                    }
283               }
284          }
285       for( i=0; i<numSec; i++ ) 
286          {
287            if( protnorm[i] > 0.0 )protnorm[i] = 1.0/protnorm[i];
288            if( neutnorm[i] > 0.0 )neutnorm[i] = 1.0/neutnorm[i];
289          }
290     }                                          // end of initialization
291
292         
293                                              // initialize the first two places
294                                              // the same as beam and target                                   
295   pv[0] = incidentParticle;
296   pv[1] = targetParticle;
297   vecLen = 2;
298
299   if (!inElastic || (availableEnergy <= PionPlus.getMass())) 
300      return;
301
302                                       
303//                                            inelastic scattering
304
305   np = 0, nm = 0, nz = 0;
306   G4double cech[] = { 1., 1., 1., 0.70, 0.60, 0.55, 0.35, 0.25, 0.18, 0.15};
307   G4int iplab = G4int( incidentTotalMomentum*5.);
308   if( (iplab < 10) && (G4UniformRand() < cech[iplab]) ) 
309     {
310       G4int     iplab = std::min(19, G4int( incidentTotalMomentum*5.));
311       G4double cnk0[] = {0.17, 0.18, 0.17, 0.24, 0.26, 0.20, 0.22, 0.21, 0.34, 0.45,
312                          0.58, 0.55, 0.36, 0.29, 0.29, 0.32, 0.32, 0.33, 0.33, 0.33};
313       if( G4UniformRand() < cnk0[iplab] )
314         {
315           if( targetCode == protonCode )
316             {
317               return;
318             }
319           else
320             {
321               pv[0] = KaonMinus;
322               pv[1] = Proton;
323               return;
324             }
325         }
326       G4double ran = G4UniformRand();
327       if( targetCode == protonCode )                    // target is a proton
328         {
329           if( ran < 0.25 )
330             { 
331             } 
332           else if (ran < 0.50)
333             {
334               pv[0] = PionPlus;
335               pv[1] = SigmaZero;
336             }
337           else if (ran < 0.75)
338             {
339             }
340           else
341             {
342               pv[0] = PionPlus;
343               pv[1] = Lambda;
344             }
345         } 
346       else 
347         {                                               // target is a neutron
348           if( ran < 0.25 )
349             { 
350               pv[0] = PionMinus;
351               pv[1] = SigmaPlus;
352             } 
353           else if (ran < 0.50)
354             {
355               pv[0] = PionZero;
356               pv[1] = SigmaZero;
357             }
358           else if (ran < 0.75)
359             { 
360               pv[0] = PionPlus;
361               pv[1] = SigmaMinus;
362             }
363           else
364             {
365               pv[0] = PionZero;
366               pv[1] = Lambda;
367             }
368         }
369       return;
370     }
371   else
372     {
373//                    number of total particles vs. centre of mass Energy - 2*proton mass
374   
375       G4double aleab = std::log(availableEnergy);
376       G4double n     = 3.62567+aleab*(0.665843+aleab*(0.336514
377                    + aleab*(0.117712+0.0136912*aleab))) - 2.0;
378   
379//                    normalization constant for kno-distribution.
380//                    calculate first the sum of all constants, check for numerical problems.   
381       G4double test, dum, anpn = 0.0;
382
383       for (nt=1; nt<=numSec; nt++) {
384         test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
385         dum = pi*nt/(2.0*n*n);
386         if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
387           if( test >= 1.0e-10 )anpn += dum*test;
388         } else { 
389           anpn += dum*test;
390         }
391       }
392   
393       G4double ran = G4UniformRand();
394       G4double excs = 0.0;
395       if (targetCode == protonCode) {
396         counter = -1;
397         for (np=0; np<numSec/3; np++) {
398           for (nm=std::max(0,np-2); nm<=np; nm++) {
399             for (nz=0; nz<numSec/3; nz++) {
400               if (++counter < numMul) {
401                 nt = np+nm+nz;
402                 if( (nt>0) && (nt<=numSec) ) {
403                   test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
404                   dum = (pi/anpn)*nt*protmul[counter]*protnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
405
406                   if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
407                     if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
408                   } else { 
409                     excs += dum*test;
410                   }
411
412                   if (ran < excs) goto outOfLoop;      //----------------------->
413                 }
414               }
415             }
416           }
417         }
418                                            // 3 previous loops continued to the end
419         inElastic = false;                 // quasi-elastic scattering   
420         return;
421
422       } else {         // target must be a neutron
423         counter = -1;
424         for (np=0; np<numSec/3; np++) {
425           for (nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+1); nm++) {
426             for (nz=0; nz<numSec/3; nz++) {
427               if (++counter < numMul) {
428                 nt = np+nm+nz;
429                 if( (nt>=1) && (nt<=numSec) ) {
430                   test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
431                   dum = (pi/anpn)*nt*neutmul[counter]*neutnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
432
433                   if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
434                     if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
435                   } else { 
436                     excs += dum*test;
437                   }
438
439                   if (ran < excs) goto outOfLoop;       // -------------------------->
440                 }
441               }
442             }
443           }
444         }
445                                                  // 3 previous loops continued to the end
446         inElastic = false;                     // quasi-elastic scattering.
447         return;
448       }
449     } 
450   outOfLoop:           //  <------------------------------------------------------------------------   
451   
452   if( targetCode == protonCode)
453     {
454       if( np == nm)
455         {
456         }
457       else if (np == (1+nm))
458         {
459           if( G4UniformRand() < 0.5)
460             {
461               pv[0] = KaonMinus;
462             }
463           else
464             {
465               pv[1] = Neutron;
466             }
467         }
468       else     
469         {
470           pv[0] = KaonMinus;
471           pv[1] = Neutron;
472         } 
473     } 
474   else
475     {
476       if( np == nm)
477         {
478           if( G4UniformRand() < 0.75)
479             {
480             }
481           else
482             {
483               pv[0] = KaonMinus;
484               pv[1] = Proton;
485             }
486         } 
487       else if ( np == (1+nm))
488         {
489           pv[0] = KaonMinus;
490         }
491       else
492         {
493           pv[1] = Proton;
494         }
495     }     
496
497
498   if( G4UniformRand() < 0.5 )   
499     {
500       if(    (    (pv[0].getCode() == kaonMinusCode)
501                && (pv[1].getCode() == neutronCode)  )
502           || (    (pv[0].getCode() == kaonZeroCode)
503                && (pv[1].getCode() == protonCode)   )
504           || (    (pv[0].getCode() == antiKaonZeroCode)
505                && (pv[1].getCode() == protonCode)   )   )
506         {
507           G4double ran = G4UniformRand();
508           if( pv[1].getCode() == protonCode)
509             { 
510               if(ran < 0.68)
511                 {
512                   pv[0] = PionPlus;
513                   pv[1] = Lambda;
514                 }
515               else if (ran < 0.84)
516                 {
517                   pv[0] = PionZero;
518                   pv[1] = SigmaPlus;
519                 }
520               else
521                 {
522                   pv[0] = PionPlus;
523                   pv[1] = SigmaZero;
524                 }
525             }
526           else
527             {
528               if(ran < 0.68)
529                 {
530                   pv[0] = PionMinus;
531                   pv[1] = Lambda;
532                 }
533               else if (ran < 0.84)
534                 {
535                   pv[0] = PionMinus;
536                   pv[1] = SigmaZero;
537                 }
538               else
539                 {
540                   pv[0] = PionZero;
541                   pv[1] = SigmaMinus;
542                 }
543             }
544         } 
545       else
546         {
547           G4double ran = G4UniformRand();
548           if (ran < 0.67)
549              {
550                pv[0] = PionZero;
551                pv[1] = Lambda;
552              }
553           else if (ran < 0.78)
554              {
555                pv[0] = PionMinus;
556                pv[1] = SigmaPlus;
557              }
558           else if (ran < 0.89)
559              {
560                pv[0] = PionZero;
561                pv[1] = SigmaZero;
562              }
563           else
564              {
565                pv[0] = PionPlus;
566                pv[1] = SigmaMinus;
567              }
568         }
569     }
570               
571
572   nt = np + nm + nz;
573   while ( nt > 0)
574       {
575         G4double ran = G4UniformRand();
576         if ( ran < (G4double)np/nt)
577            { 
578              if( np > 0 ) 
579                { pv[vecLen++] = PionPlus;
580                  np--;
581                }
582            }
583         else if ( ran < (G4double)(np+nm)/nt)
584            {   
585              if( nm > 0 )
586                { 
587                  pv[vecLen++] = PionMinus;
588                  nm--;
589                }
590            }
591         else
592            {
593              if( nz > 0 )
594                { 
595                  pv[vecLen++] = PionZero;
596                  nz--;
597                }
598            }
599         nt = np + nm + nz;
600       } 
601   if (verboseLevel > 1)
602      {
603        G4cout << "Particles produced: " ;
604        G4cout << pv[0].getName() << " " ;
605        G4cout << pv[1].getName() << " " ;
606        for (i=2; i < vecLen; i++)   
607            { 
608              G4cout << pv[i].getName() << " " ;
609            }
610         G4cout << G4endl;
611      }
612   return;
613 }
614
615
616
617
618
619
620
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.